دوران النجوم: كيف تدور الأجرام السماوية وتأثير ذلك على شكلها

دوران النجوم: فهم الحركة الزاوية للأجرام السماوية

يُعرف دوران النجوم بأنه الحركة الزاوية للنجم حول محوره. وتعد هذه العملية أساسية في فهم تطور النجوم وخصائصها الفيزيائية. يمكن قياس معدل الدوران من خلال تحليل طيف النجم، أو عن طريق تتبع حركة الميزات النشطة على سطحه.

تأثيرات الدوران على بنية النجم

يؤدي دوران النجم إلى حدوث انتفاخ استوائي نتيجة للقوة الطاردة المركزية. وبما أن النجوم ليست أجساماً صلبة، فإنها تخضع لما يسمى الدوران التفاضلي، حيث يدور خط الاستواء بسرعة زاوية تختلف عن سرعة الدوران في خطوط العرض العليا. تلعب هذه الاختلافات في معدلات الدوران دوراً محورياً في توليد المجال المغناطيسي للنجم.

من جهته، يتفاعل المجال المغناطيسي للنجم مع الرياح النجمية. ومع ابتعاد الرياح عن النجم، تقل سرعتها الزاوية، مما يولد قوة سحب تؤدي إلى نقل الزخم الزاوي من النجم إلى الرياح، وهو ما يؤدي تدريجياً إلى إبطاء معدل دوران النجم بمرور الوقت.

طرق قياس دوران النجوم

ما لم يتم رصد النجم من اتجاه قطبه، فإن أجزاء من سطحه تتحرك إما باتجاه المراقب أو بعيداً عنه. يُسمى مكون الحركة الذي يكون في اتجاه المراقب السرعة الشعاعية.

بالنسبة للجزء من السطح الذي يتحرك نحو المراقب، يزاح الإشعاع إلى تردد أعلى بسبب إزاحة دوبلر، بينما يزاح الإشعاع في المنطقة التي تتحرك بعيداً إلى تردد أقل. يؤدي هذا الإزاح في خطوط الامتصاص الطيفية إلى تعريض الخطوط، وهو ما يسمح للفلكيين بتقدير السرعة.

تعتمد السرعة الشعاعية المرصودة على ميل قطب النجم بالنسبة لخط الرؤية، وتُعطى القيمة المشتقة بالمعادلة: v_e ⋅ sin i، حيث v_e هي السرعة الدورانية عند خط الاستواء و i هي زاوية الميل. وبما أن زاوية الميل ليست معروفة دائماً، فإن النتيجة تعطي حداً أدنى للسرعة الدورانية للنجم.

تحديات القياس في النجوم العملاقة

في النجوم العملاقة، يمكن أن تؤدي الاضطرابات الجوية المجهرية (microturbulence) إلى تعريض الخطوط بشكل أكبر من تأثيرات الدوران، مما يحجب الإشارة. في هذه الحالة، يتم استخدام العدسة الجاذبية المجهرية، حيث يمر جسم ضخم أمام النجم البعيد ليعمل كعدسة تكبر الصورة، مما يسمح بتمييز تأثيرات الدوران عن الاضطرابات الجوية.

تتبع البقع النجمية

إذا كان النجم يظهر نشاطاً مغناطيسياً سطحياً مثل البقع النجمية، يمكن تتبع هذه الميزات لتقدير معدل الدوران. ومع ذلك، فإن الدوران التفاضلي قد يؤدي إلى قياسات متفاوتة لأن البقع قد تتكون في خطوط عرض مختلفة وتنتقل عبرها.

الآثار الفيزيائية: الانتفاخ الاستوائي

تميل الجاذبية إلى جعل الأجرام السماوية كروية تماماً، لكن النجم الدوار لا يكون كروياً بل يمتلك انتفاخاً استوائياً. أثناء انكماش القرص النجمي الأولي، يقل تأثير الجاذبية عند خط الاستواء بسبب القوة الطاردة المركزية، مما يمنع النجم من الوصول إلى شكل كروي تام.

يؤدي هذا الدوران أيضاً إلى ظاهرة تعتيم الجاذبية عند خط الاستواء، وفقاً لنظرية فون زيبيل. ويعد نجم رجل القنطور (Regulus A) مثالاً صارخاً على الانتفاخ الاستوائي بسبب سرعته الدورانية العالية جداً.